JP5252070B2 - 軸流ファン - Google Patents
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Description
本発明は、軸流ファン、特に、後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部が形成された羽根を有する軸流ファンに関する。
従来より、特許文献1(特開2003−206894号公報)に示すように、後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部が形成された羽根を有する軸流ファンがある。
軸流ファンにおいては、回転時の遠心力によって羽根が外周側に広がるような変形が生じる。このとき、上記従来の凹み部が羽根に形成された軸流ファンでは、凹み部に応力が集中しやすくなっている。
本発明の課題は、後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部が形成された羽根を有する軸流ファンにおいて、凹み部への応力集中を抑えることにある。
第1の観点にかかる軸流ファンは、後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部が形成された羽根を有する軸流ファンであり、凹み部の前縁側のエッジ部には、羽根の断面視において、正圧面側及び負圧面側にR形状の応力緩和部が形成されている。
第2の観点にかかる軸流ファンは、第1の観点にかかる軸流ファンにおいて、応力緩和部が、半径1mm以上のR形状をなしている。
第3の観点にかかる軸流ファンは、第1又は第2の観点にかかる軸流ファンにおいて、凹み部が、V字形状の凹みである。
凹み部のうち最も応力が集中しやすい部分は、前縁側のエッジ部である。このため、凹み部への応力集中を抑えるためには、前縁側のエッジ部の応力を緩和することが最も効果的である。
そこで、この軸流ファンでは、上記のように、凹み部の前縁側のエッジ部に、羽根の断面視において、正圧面側及び負圧面側にR形状の応力緩和部を形成するようにしている。
これにより、この軸流ファンでは、凹み部の前縁側のエッジ部における応力を緩和することができ、凹み部への応力集中を抑えることができる。
第4の観点にかかる軸流ファンは、第3の観点にかかる軸流ファンにおいて、凹み部が、羽根の平面視において、羽根の後縁から前縁側に向かう2つの直線部と、2つの直線部の前縁側の端部間を結ぶ湾曲部とを有しており、前縁側のエッジ部が、湾曲部である。
この軸流ファンでは、V字形状の凹み部において最も応力が集中しやすい湾曲部に応力緩和部が形成されている。
これにより、この軸流ファンでは、V字形状の凹み部への応力集中を効果的に抑えることができる。
第5の観点にかかる軸流ファンは、第4の観点にかかる軸流ファンにおいて、湾曲部が、羽根の平面視において、半径8mm以上のR形状をなしている。
この軸流ファンでは、前縁側のエッジ部としての湾曲部の羽根の平面視におけるR形状を半径8mm以上にしているため、前縁側のエッジ部の応力をさらに緩和することができ、凹み部への応力集中をさらに抑えることができる。
以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。
第1〜第3の観点にかかる軸流ファンでは、凹み部の前縁側のエッジ部における応力を緩和することができ、凹み部への応力集中を抑えることができる。
第4の観点にかかる軸流ファンでは、V字形状の凹み部への応力集中を効果的に抑えることができる。
第5の観点にかかる軸流ファンでは、前縁側のエッジ部の応力をさらに緩和することができ、凹み部への応力集中をさらに抑えることができる。
以下、本発明にかかる軸流ファンの実施形態について、図面に基づいて説明する。尚、本発明にかかる軸流ファンの具体的な構成は、下記の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。また、以下の説明では、室外ユニットを構成する軸流ファンに本発明を適用した例を説明するが、これに限定されるものではなく、他の用途に使用される軸流ファンにも適用可能である。
(1)室外ユニットの全体構成
図1及び図2は、本発明の一実施形態にかかる軸流ファンとしての室外ファン70が採用された空気調和装置の室外ユニット2を示す図である。ここで、図1は、室外ユニット2の天板57を取り外した状態を示す平面図である。図2は、室外ユニット2の前面図である。尚、以下の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」や「前面」、「側面」、「背面」、「天面」、「底面」等の方向や面を示す文言は、特にことわりのない限り、図2に示される室外ユニット2を前面とした場合における方向や面を意味する。
図1及び図2は、本発明の一実施形態にかかる軸流ファンとしての室外ファン70が採用された空気調和装置の室外ユニット2を示す図である。ここで、図1は、室外ユニット2の天板57を取り外した状態を示す平面図である。図2は、室外ユニット2の前面図である。尚、以下の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」や「前面」、「側面」、「背面」、「天面」、「底面」等の方向や面を示す文言は、特にことわりのない限り、図2に示される室外ユニット2を前面とした場合における方向や面を意味する。
室外ユニット2は、ユニットケーシング51の内部空間を鉛直方向に延びる仕切板58で左右に分割することによって送風機室S1と機械室S2とを形成した構造(いわゆる、トランク型構造)を有するものである。室外ユニット2は、ユニットケーシング51の背面及び側面の一部からユニットケーシング51内に室外空気を吸い込んでユニットケーシング51の前面から室外空気を吹き出すように構成されている。室外ユニット2は、主として、ユニットケーシング51と、圧縮機21、室外熱交換器24、及び、これらの機器を接続する冷媒管を含む冷媒回路構成部品と、室外ファン70(軸流ファン)と、ベルマウス80とを有している。尚、ここでは、送風機室S1がユニットケーシング51の左側面寄りに形成され、機械室S2がユニットケーシング51の右側面寄りに形成された例を説明するが、左右が逆であってもよい。
ユニットケーシング51は、略直方体状に形成されており、主として、圧縮機21、室外熱交換器24、及び、これらの機器を接続する冷媒管を含む冷媒回路構成部品と、室外ファン70とを収容している。ユニットケーシング51は、底板52と、送風機室側側板53と、機械室側側板54と、送風機室側前板55と、機械室側前板56と、天板57とを有している。
底板52は、ユニットケーシング51の底面部分を構成する金属製の板状部材である。底板52の下側には、現地据付面に固定される2つの基礎脚59、60が設けられている。
送風機室側側板53は、ユニットケーシング51の送風機室S1寄りの側面部分を構成する金属製の板状部材である。送風機室側側板53は、その下部が底板52に固定されている。送風機室側側板53には、室外ファン70によってユニットケーシング51内に吸い込まれる室外空気の吸入口53aが形成されている。
機械室側側板54は、ユニットケーシング51の機械室S2寄りの側面部分の一部と、ユニットケーシング51の機械室S2寄りの背面部分とを構成する金属製の板状部材である。機械室側側板54は、その下部が底板52に固定されている。ここでは、機械室側側板54は、機械室S2の側面のうち背面寄りの部分を覆っている。送風機室側側板53の背面側の端部と機械室側側板54の送風機室S1側の端部との間には、室外ファン70によってユニットケーシング51内に吸い込まれる室外空気の吸入口53bが形成されている。
送風機室側前板55は、ユニットケーシング51の送風機室S1の前面部分と、ユニットケーシング51の機械室S2の前面部分の一部とを構成する金属製の板状部材である。送風機室側前板55には、室外ファン70によってユニットケーシング51内に吸い込まれた室外空気を外部に吹き出すための吹出口55aが設けられている。吹出口55aの前側は、ファングリル55bによって覆われている。送風機室側前板55は、その下部が底板52に固定され、その左側面側の端部が送風機室側側板53の前面側の端部に固定されている。
機械室側前板56は、ユニットケーシング51の前面側から機械室S2にアクセスして機械室S2内に配置された機器の点検等を行うために、試運転やメンテナンス時に取り外される金属製の板状部材である。機械室側前板56は、ユニットケーシング51の機械室S2の前面部分の一部と、ユニットケーシング51の機械室S2の側面部分の一部とを構成する金属製の板状部材である。機械室側前板56は、その送風機室S1側の端部が送風機室側前板55の機械室S2側の端部に固定され、その背面側の端部が機械室側側板54の前面側の端部に固定されている。尚、ここでは、ユニットケーシング51の機械室S2の前面部分の一部が送風機室側前板55によって構成されているが、機械室側前板56によって構成されていてもよい。また、室側前板55送風機室側前板55と機械室側前板56とが一体の部材であってもよい。
天板57は、ユニットケーシング51の天面部分を構成する金属製の板状部材である。天板57は、送風機室側板53や機械室側側板54、送風機室側前板55に固定されている。
仕切板58は、底板52上に配置される鉛直方向に延びる金属製の板状部材である。仕切板58は、ユニットケーシング51の内部空間を左右に分割することによって、左側面寄りの送風機室S1と、右側面寄りの機械室S2とを形成している。仕切板58は、その前後方向の中央部分が送風機室S1側に突出するように湾曲した形状をなしている。仕切板58は、その下部が底板52に固定され、その前面側の端部が送風機室側前板55に固定され、その背面側の端部が室外熱交換器24の機械室S2側の端部に固定されている。
室外ファン70は、主として、ハブ71と、ハブ71の外周縁から突出するように形成された複数(ここでは、3枚)の羽根91とが樹脂一体成形されたプロペラ型の軸流ファンである。室外ファン70は、送風機室S1内において、ユニットケーシング51の前面に対向するように設けられている。より具体的には、室外ファン70は、室外熱交換器24の前面側の位置において、送風機室側前板55に形成された吹出口55aに対向するように設けられている。ここでは、羽根91の後縁には、送風性能の向上や騒音の抑制のために、羽根91の前縁側に向かって凹んだ凹み部101が形成されている。室外ファン70は、室外ファン70と室外熱交換器24との前後方向間に配置されたファンモータ89によって回転駆動される。ファンモータ89は、天板57と底板52との間を鉛直方向に延びるファンモータ台61によって支持されている。尚、室外ファン70の詳細な構成については、後述する。
ベルマウス62は、中央が開口したベル形状の開口部62aを有する部材であり、室外ファン70の外周側に設けられている。すなわち、ベルマウス62は、室外ファン70と同様に、送風機室S1内において、ユニットケーシング51の前面に対向するように設けられており、その開口部62aが室外ファン70の外周を取り囲んでいる。ベルマウス62は、ユニットケーシング51の前面に固定されている。そして、ベルマウス62の送風機室側側板53寄りの部分は、室外熱交換器24の前側端に接近して配置されている。また、ベルマウス62の機械室S1寄りの部分は、仕切板58に接近して配置されている。
室外熱交換器24は、略L字形状の熱交換器パネルであり、送風機室S1内において、ユニットケーシング51の左側面及び背面に沿うように底板52上に配置されている。
圧縮機21は、縦型円筒形状の密閉式圧縮機であり、機械室S2内に配置されている。
尚、ここでは図示を省略するが、圧縮機21以外の機器や冷媒管等の冷媒回路構成部品も機械室S2内に配置されている。
(2)室外ファンの詳細構成
次に、図3〜図8を用いて、本実施形態にかかる軸流ファンとしての室外ファン70の詳細な構成について説明する。ここで、図3は、室外ファン70の斜視図である。図4は、室外ファン70の負圧面側平面図である。図5は、室外ファン70の正圧面側平面図である。図6は、図4のA部の拡大図である。図7は、図5のB部の拡大図である。図8は、図6及び図7のI−I断面図である。尚、以下の説明において、室外ファン70の軸心(回転中心)を軸心Oとし、その軸線を回転軸線O−Oとする。また、回転軸線O−Oに沿う方向を軸方向とし、室外ファン70を軸方向から見た状態を平面視とし、この平面視に直交する方向(すなわち、室外ファン70を回転軸線O−Oに沿う方向に切った断面を見る方向)を断面視とする。
次に、図3〜図8を用いて、本実施形態にかかる軸流ファンとしての室外ファン70の詳細な構成について説明する。ここで、図3は、室外ファン70の斜視図である。図4は、室外ファン70の負圧面側平面図である。図5は、室外ファン70の正圧面側平面図である。図6は、図4のA部の拡大図である。図7は、図5のB部の拡大図である。図8は、図6及び図7のI−I断面図である。尚、以下の説明において、室外ファン70の軸心(回転中心)を軸心Oとし、その軸線を回転軸線O−Oとする。また、回転軸線O−Oに沿う方向を軸方向とし、室外ファン70を軸方向から見た状態を平面視とし、この平面視に直交する方向(すなわち、室外ファン70を回転軸線O−Oに沿う方向に切った断面を見る方向)を断面視とする。
室外ファン70は、上記のように、主として、ハブ71と、ハブ71の外周縁から突出するように形成された複数(ここでは、3枚)の羽根91とが樹脂一体成形されたプロペラファンである。尚、羽根91の数は、3枚に限定されるものではなく、4枚以上等であってもよい。
羽根91は、前進及び前傾した羽根形状を有している。そして、羽根91の肉厚は、ハブ71との付け根部において大きくなっており、外周側に向かうにつれて小さくなっている。羽根91の後縁に形成された凹み部101は、付け根部よりも外周側に配置されている。ここで、室外ファン70を回転させたときに空気が流入する側(空気の流通方向の上流側)の面を負圧面91aとし、その反対側(空気の流通方向の下流側)の面を正圧面91bとする。
凹み部101は、V字形状の凹みである。具体的には、凹み部101は、羽根91の平面視において、主として、羽根91の後縁から前縁側に向かう2つの直線部102、103と、2つの直線部102、103の前縁側の端部102a、103a間を結ぶ湾曲部104とを有している。内周側直線部102は、凹み部101のV字形状の内周寄りの一辺をなす略直線状の部分である。外周側直線部103は、凹み部101のV字形状の外周寄りの一辺をなす略直線状の部分である。湾曲部104は、2つの直線部102、103の頂点部に対応する部分である。湾曲部104は、直線部102、103の前縁側の端部102a、103aから前縁側に突出するように湾曲している。ここで、湾曲部104は、半径RのR形状をなしている。
このような軸流ファンからなる室外ファン70を、ファンモータ89によって回転駆動すると、回転時の遠心力によって、羽根91が外周側に広がるような変形が生じる。このとき、凹み部101に応力が集中しやすい。そして、凹み部101のうち最も応力が集中しやすい部分は、前縁側のエッジ部、ここでは、2つの直線部102、103の頂点部に対応する湾曲部104である。このため、凹み部101への応力集中を抑えるためには、前縁側のエッジ部としての湾曲部104の応力を緩和することが最も効果的である。
そこで、室外ファン70では、凹み部101の前縁側のエッジ部(ここでは、湾曲部104)に、羽根91の断面視において、正圧面91b側及び負圧面91a側にR形状の応力緩和部105を形成するようにしている。応力緩和部105は、負圧面91a側の負圧面側応力緩和部105aと、正圧面91b側の正圧面側応力緩和部105bとを有している。負圧面側応力緩和部105aは、半径raのR形状をなしており、正圧面側応力緩和部105bは、半径rbのR形状をなしている。
これにより、室外ファン70では、凹み部101の前縁側のエッジ部(ここでは、湾曲部104)における応力を緩和することができ、凹み部101への応力集中を抑えることができるようになっている。
ここで、応力緩和部105は、半径ra及びrbを1mm以上にして、応力を緩和する効果が明確に得られるようにすることが好ましい。例えば、羽根径や羽根肉厚が同じ2つの室外ファンにおいて、一方には半径ra及びrbが1mm以上の応力緩和部105を形成し、他方には応力緩和部105を形成しなかった場合について、凹み部101における応力解析を行うと、応力緩和部105を形成したほうの室外ファンでは、応力緩和部105を形成しなかったほうの室外ファンに比べて、凹み部101の応力が20%以上低減するという結果が得られている。
また、室外ファン70では、前縁側のエッジ部としての湾曲部104の羽根91の平面視におけるR形状を半径8mm以上にしている。これにより、前縁側のエッジ部の応力をさらに緩和することができ、凹み部101への応力集中をさらに抑えることができるようになっている。
(3)変形例
上記実施形態の室外ファン70(図3〜図8参照)では、応力集中の抑制に最も効果的な凹み部101の前縁側エッジ部としての湾曲部104だけに応力緩和部105を形成するようにしている。しかし、これに限定されるものではなく、直線部102、103にも応力緩和部105を形成するようにしてもよい。
上記実施形態の室外ファン70(図3〜図8参照)では、応力集中の抑制に最も効果的な凹み部101の前縁側エッジ部としての湾曲部104だけに応力緩和部105を形成するようにしている。しかし、これに限定されるものではなく、直線部102、103にも応力緩和部105を形成するようにしてもよい。
例えば、図9及び図10に示すように、前縁側エッジ部としての湾曲部104に応力緩和部105a、105bを形成するとともに、直線部102、103の負圧面91a側にも直線部側応力緩和部105cを形成してもよい。ここで、応力緩和部105cは、湾曲部104の負圧面91a側に形成された負圧面側応力緩和部105aと連続するように形成された半径rcのR形状である。
これにより、本変形例の室外ファン70においては、前縁側エッジ部としての湾曲部104だけでなく、直線部102、103にも応力緩和部105を形成しているため、凹み部101の応力集中をさらに抑えることができる。
本発明は、後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部が形成された羽根を有する軸流ファンに対して、広く適用可能である。
70 軸流ファン
91 羽根
101 凹み部
102、103 直線部
104 湾曲部
105 応力緩和部
91 羽根
101 凹み部
102、103 直線部
104 湾曲部
105 応力緩和部
Claims (5)
- 後縁に前縁側に向かって凹んだ凹み部(101)が形成された羽根(91)を有する軸流ファンにおいて、
前記凹み部の前縁側のエッジ部には、前記羽根の断面視において、正圧面側及び負圧面側にR形状の応力緩和部(105)が形成されている、
軸流ファン(70)。 - 前記応力緩和部(105)は、半径1mm以上のR形状をなしている、
請求項1に記載の軸流ファン(70)。 - 前記凹み部(101)は、V字形状の凹みである、
請求項1又は2に記載の軸流ファン(70)。 - 前記凹み部(101)は、前記羽根(91)の平面視において、前記羽根の後縁から前縁側に向かう2つの直線部(102、103)と、前記2つの直線部の前縁側の端部間を結ぶ湾曲部(104)とを有しており、
前記前縁側のエッジ部は、前記湾曲部である、
請求項3に記載の軸流ファン(70)。 - 前記湾曲部(104)は、前記羽根(91)の平面視において、半径8mm以上のR形状をなしている、
請求項4に記載の軸流ファン(70)。
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